汽車內(nèi)飾表面裝飾技術(shù)發(fā)展分析

盧樹敬

（保定樂凱新材料股份有限公司 河北 保定 071054）

0 引言

目前，消費者對私家車的審美不再是局限于車身造型，在選車購車時越來越看重汽車內(nèi)飾，簡約、精美或者個性化已經(jīng)成為選擇標(biāo)準(zhǔn)之一。汽車內(nèi)飾的設(shè)計效果、制造工藝與成本已經(jīng)成為眾多汽車制造商的重點關(guān)注內(nèi)容。汽車內(nèi)飾傳統(tǒng)采用噴涂、電鍍、網(wǎng)印等工藝，需要將塑件從模具型腔中取出后經(jīng)二次加工才能完成，生產(chǎn)周期長，裝飾效果普通，還存在高污染。圖案色彩豐富、環(huán)保高效的汽車內(nèi)飾制造工藝以及與之相匹配的材料研發(fā)已經(jīng)成為汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢。

1 汽車內(nèi)飾件裝飾工藝發(fā)展分析

1.1 精美、個性化內(nèi)飾需求助推IMD工藝迅速發(fā)展

針對傳統(tǒng)表面裝飾工藝的弊端，20世紀(jì)70年代，日本寫真開發(fā)出模內(nèi)裝飾（in-mold decoration，IMD）技術(shù)，80年代開始商業(yè)化應(yīng)用，主要涉足汽車內(nèi)飾面板、汽車外飾、化妝品包裝印刷市場。2010年，IMD工藝進入中國市場，逐步駛?cè)肟燔嚨馈?/p>

汽車內(nèi)飾件表面裝飾即IMD技術(shù)，是將塑件樹脂與裝飾膜一體成型，與傳統(tǒng)工藝相比，IMD技術(shù)將模內(nèi)貼標(biāo)、花紋裝飾等工藝實現(xiàn)了自動化，同時代替?zhèn)鹘y(tǒng)噴涂等復(fù)雜、費時的生產(chǎn)步驟，提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，而且印刷圖案的耐久性和復(fù)雜程度也有大幅提升[1]。IMD主要包括模內(nèi)貼標(biāo)技術(shù)（in mold lamination，IML）、模內(nèi)轉(zhuǎn)印技術(shù)（in mold roller，IMR）和嵌片注塑（insert thermoforming-film to molding，INS）三種工藝。表1為三種工藝的比較。

表1 IML、IMR、INS三種工藝比較

IML是將印刷好的薄膜成型后，鑲嵌在注塑模腔內(nèi)然后合模注塑而成。其工藝特點是，表面是一層硬化的透明薄膜，中間是印刷圖案層，背面是塑膠層，由于油墨夾在中間，可使產(chǎn)品防止表面被刮花，更耐摩擦，保持顏色鮮明不易褪色。IML技術(shù)的劣勢使應(yīng)用受限，主要適用于無拉伸、曲面小的2D塑件的表面裝飾。

IMR工藝特點是將圖案印刷在薄膜上，通過送膜機將膜片與塑模型腔貼合進行注塑，注塑后有圖案的油墨層與薄膜分離，油墨層留在塑件上而得到表面有裝飾圖案的塑件，在最終的產(chǎn)品表面沒有透明的保護膜，膜片只是生產(chǎn)過程中的一個載體。但IMR的優(yōu)勢在于生產(chǎn)時的自動化程度高，大批量生產(chǎn)的成本較低。IMR的劣勢主要是印刷圖案層在產(chǎn)品的表面上，厚度只有幾微米，產(chǎn)品使用一段時間后很容易會將印刷圖案層磨損掉，也易褪色，造成表面很不美觀。

INS工藝特點是采用熱吸塑成型或高壓成型，把轉(zhuǎn)印好的膜材（一般是0.5 mm厚）進行三度拉伸，然后依照產(chǎn)品外型裁出嵌片，接著再把此嵌片準(zhǔn)確地置于注塑模腔內(nèi)，注塑成型[2]。采用INS工藝可實現(xiàn)圖案多樣化，另外，市場驗證發(fā)現(xiàn)，采用INS工藝的內(nèi)飾件清晰度高、表面抗劃傷、立體效果更強，提高了汽車內(nèi)飾的美感。

IML、IMR與INS三種工藝各有優(yōu)缺點。IML更多用于低拉伸產(chǎn)品，如儀表板面板等。IMR工藝因為圖案易損傷易褪色，汽車內(nèi)飾領(lǐng)域應(yīng)用很少。INS工藝中ABS的加入，使得膜片的拉伸性能更好。INS相比IML具備更高的產(chǎn)品拉伸能力，適用于復(fù)雜曲面的內(nèi)飾表面，能最大程度地降低圖案變形。INS工藝實現(xiàn)了汽車內(nèi)飾在顏色紋理設(shè)計方面的飛躍，突破了傳統(tǒng)非轉(zhuǎn)印工藝對產(chǎn)品顏色紋理的限制，只需要切換不同的膜片就可以實現(xiàn)產(chǎn)品表面不同顏色、紋理的搭配，滿足不同客戶群體的個性化要求。INS的劣勢是INS工藝中附著ABS后的膜片需要邊緣精確裁剪，工藝中需要增加精準(zhǔn)定位與精確剪裁的模具，工序復(fù)雜，單件生產(chǎn)成本更高，但是INS工藝省掉了膜片傳送定位裝置，可以直接在普通注塑機上使用。從裝飾效果與市場認可度來說，INS工藝是最有發(fā)展前途的汽車內(nèi)飾裝飾工藝。

1.2 汽車內(nèi)飾INS工藝成為汽車廠首選技術(shù)

近幾年來，汽車消費趨向于消費升級，特別是國產(chǎn)經(jīng)濟型轎車在配置方面呈現(xiàn)出多樣性、個性化的需求，進一步促進了INS工藝的廣泛應(yīng)用，

INS工藝在汽車內(nèi)飾上主要用于門板裝飾條、中控臺、儀表板等部位。2017年以前該技術(shù)大多應(yīng)用于合資品牌價位在20萬以上車型，2018年起該技術(shù)應(yīng)用逐漸下探到15萬左右的合資車型，目前，國產(chǎn)品牌更是下探到了10萬元區(qū)間以下車型。

大眾、東風(fēng)日產(chǎn)、通用、吉利、長城等品牌汽車都在推廣應(yīng)用INS工藝（如圖1所示），增強了內(nèi)飾件的設(shè)計感，提高了產(chǎn)品附加值，取得了預(yù)期的市場效果。

INS工藝將膜片預(yù)先在成型模具中通過高壓吸附形成產(chǎn)品外表面的形狀，再經(jīng)過裁邊后放到產(chǎn)品的注塑模具中，然后與熔融狀態(tài)的塑膠一起注塑成型。INS工藝成型過程如圖2所示。

2 INS膜片市場供需分析

2.1 INS膜片市場供需矛盾成為當(dāng)前主要問題

INS工藝采用成型方法，轉(zhuǎn)印好的ABS或ABS+PMMA薄膜，一般厚0.5 mm，如圖3所示。因PMMA相對ABS來說，有更好的耐刮擦性，目前在汽車內(nèi)飾領(lǐng)域ABS+PMMA的復(fù)合材料膜片更多。將膜片進行三度拉伸，然后依照產(chǎn)品外型裁出嵌片，接著再把此嵌片準(zhǔn)確地置于注塑模腔內(nèi)，注塑成型。

從INS工藝可以看出，INS膜片是最為關(guān)鍵的材料。據(jù)調(diào)研統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，預(yù)計未來幾年國產(chǎn)車型應(yīng)用比例將達到整個轎車內(nèi)飾裝飾市場的40%，按照每量單車均需1.5 m2計算，2 000萬輛車中的40%采用INS工藝，就可達到1 000萬m2，年產(chǎn)值可實現(xiàn)約16億元，市場前景好，經(jīng)濟效益可觀。

目前，INS最大的問題就是膜片國產(chǎn)化率很低，通常都是進口，價格高。如圖4所示，INS膜片80%的市場被日本寫真、德國庫爾茲占據(jù)，國內(nèi)缺少成熟膜片供應(yīng)商。國外廠商壟斷造成國內(nèi)加工廠家無法與其議價，價格大約在250～280元/m2。也有國外PMMA廠家通過代售公司在中國市場出售樹脂。上海眾頓塑化有限公司代售韓國LGPMMA樹脂。東莞樟木頭浩晟塑膠原料經(jīng)營部代售三菱、旭化成、德固賽、韓國LG公司的PMMA樹脂。

2.2 INS膜片國內(nèi)外供應(yīng)商發(fā)展分析

INS工藝主要是從國外流入，像庫爾茲、日本寫真、大日本印刷等廠商都具有豐富的技術(shù)儲備，庫爾茲和日本寫真基本占據(jù)壟斷地位。

庫爾茲是全球熱燙印技術(shù)最主要的供應(yīng)商，生產(chǎn)與銷售用于塑料行業(yè)或紙類工藝的表面裝飾，其產(chǎn)品涵蓋了汽車外飾膜、IML薄膜、INS膜片等。庫爾茲是目前中國國內(nèi)INS膜片的主要供應(yīng)商之一，在國際市場處于主導(dǎo)地位。

日本寫真以IML、3D轉(zhuǎn)印、熱轉(zhuǎn)印等所需要轉(zhuǎn)印箔、模具、印刷膜等產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售為核心的電子產(chǎn)品事業(yè)為發(fā)展主業(yè)，另外還涉足金屬和玻璃材料的轉(zhuǎn)印和運營，在汽車領(lǐng)域市場的地位僅次于庫爾茲。

大日本印刷是全球最大規(guī)模的綜合印刷公司，主要專注于印刷技術(shù)與資訊技術(shù)，還跨足建筑材料、資訊情報產(chǎn)業(yè)、生活用品產(chǎn)業(yè)、電子機械產(chǎn)業(yè)的顯示器和電子元件等，是世界上擁有最多樣化產(chǎn)品的印刷公司。

日本共和是一家生產(chǎn)用于汽車、住宅設(shè)施、鞋類家具等表面裝飾材料的專業(yè)廠商，通過生產(chǎn)銷售PU合成革、PVC合成革和塑料裝飾膜，在車輛和住宅裝潢等日常生活的各個場景都有涉足。公司供應(yīng)TOP（烯烴）、PVC（聚氯乙烯）、PMMA等復(fù)合結(jié)構(gòu)的膜片，用作汽車的內(nèi)外裝飾材料。

阿克蘇是一家全球領(lǐng)先的油漆和涂料企業(yè)，為專業(yè)化學(xué)品的主要生產(chǎn)商，主要產(chǎn)品包括交通運輸和船舶市場生產(chǎn)用油漆、罩面漆、著色漆以及自用和專用的裝飾涂料，公司每年投入巨額資金進行新品研發(fā)，最近研制出INS膜片。

Isosport是滑雪行業(yè)塑料復(fù)合材料領(lǐng)域的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者，是高性能薄膜、纖維復(fù)合材料供應(yīng)商。除了PC、PMMA、ABS等塑料基材擠出薄膜外，Isosport還生產(chǎn)高品質(zhì)的燙印箔，可用于熱成型、薄膜嵌件成型。

目前，我國INS膜片市場以進口為主，國內(nèi)廠商也在不斷地進行技術(shù)積累，期望切入供應(yīng)體系，國內(nèi)廠商基本處于產(chǎn)品的研發(fā)驗證期，走在前列的公司主要為寧波激智和廣東東田轉(zhuǎn)印。

寧波激智科技股份有限公司聚焦光學(xué)薄膜研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。公司走在精密涂布與復(fù)合、金屬制作等行業(yè)前沿，研制出裝飾薄膜產(chǎn)品。公司IML、INS膜片基本滿足汽車行業(yè)的各項測試，除供應(yīng)國內(nèi)市場以外，部分產(chǎn)品出口國外。未來幾年，公司將會以更低的價格、更快的交付周期提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及服務(wù)。

廣東東田轉(zhuǎn)印新材料有限公司在熱轉(zhuǎn)印行業(yè)中申請了12項國家發(fā)明專利，其轉(zhuǎn)印技術(shù)涵蓋了熱轉(zhuǎn)印、模內(nèi)轉(zhuǎn)?。↖MR）、鑲嵌注塑（INS）等工藝，公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于高端塑料制品的模外、模內(nèi)的裝飾與保護。公司與國內(nèi)外眾多知名的化妝品牌進行了合作，近幾年開始進入INS行業(yè)，目前已經(jīng)成功在汽車、筆記本電腦、電器等產(chǎn)品上應(yīng)用。

3 PMMA薄膜生產(chǎn)工藝分析

PMMA薄膜現(xiàn)有2種生產(chǎn)工藝，熔融擠出-雙向拉伸工藝和溶液流延工藝，業(yè)界以熔融擠出-雙向拉伸工藝為主，韓國曉星采用溶液流延工藝，溶液流延法設(shè)備投資大、技術(shù)難度高、能耗高、生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生揮發(fā)性有機化合物，但是溶液流延法生產(chǎn)的薄膜產(chǎn)品的厚度均一性較好。

熔融擠出-雙向拉伸工藝分為同步拉伸和異步拉伸，同步拉伸技術(shù)工藝流程與異步拉伸技術(shù)基本相同，只是拉伸時可在橫、縱兩個方向同時取向，免除了單獨進行縱向拉伸的過程，增強了隔膜厚度均勻性。雙向拉伸可以用一個步驟完成，即同步拉伸；也可用兩個連續(xù)的步驟完成，即異步拉伸。同步拉伸的效率高，異步拉伸主要特點是產(chǎn)線長、產(chǎn)品的均一性好，異步拉伸是目前主要技術(shù)發(fā)展趨勢。

4 INS膜片知識產(chǎn)權(quán)分析

全球范圍內(nèi)的INS專利主要涉及膜片生產(chǎn)裝備、膜片應(yīng)用設(shè)備與方法的保護，專利申請數(shù)量增量很少，說明了INS工藝硬件技術(shù)比較成熟，略有增長的專利主要涉及裝飾表面與電子技術(shù)相結(jié)合的內(nèi)容。在應(yīng)用INS膜片的汽車裝飾領(lǐng)域，涉及內(nèi)飾件的外觀設(shè)計、呈現(xiàn)效果等的外觀專利逐步增加，國產(chǎn)INS膜片供應(yīng)商也逐漸加強對外觀設(shè)計專利的保護。

庫爾茲在薄膜與加工成型領(lǐng)域申請了大量的發(fā)明專利，從專利角度再次印證了其在INS膜片材料領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。日本寫真在印刷、涂布技術(shù)、成型技術(shù)、層疊技術(shù)領(lǐng)域都有專利申請保護。

中國INS膜片專利大都為應(yīng)用專利，上游的膜片制備或者PMMA薄膜制備、PMMA樹脂制備專利數(shù)量很少，凸顯了關(guān)鍵材料的卡脖子問題。石獅市通達電器有限公司專利CN201721046450保護了INS膜片的結(jié)構(gòu)，汽車控制面板裝飾膜片包括PMMA注塑件和ABS薄膜，PMMA注塑件由上而下依次設(shè)置PMMA薄膜層、圖案印刷油墨層和粘膠劑層，圖案印刷油墨層為丙烯酸油墨層，粘膠劑層為ABS膠水層，PMMA注塑件與ABS薄膜通過INS注塑工藝一體注塑成型，且粘膠劑層處于ABS薄膜與圖案印刷油墨層之間[3]。太湖金張科技股份有限公司專利CN201911227013保護了INS膜片的結(jié)構(gòu)與制備工藝，INS膜片結(jié)構(gòu)自上而下分別為PMMA層、油墨印刷花紋層，ABS基材層，ABS基材層分為上下層，上層為半透明或透明層，下層是不透光層，上下層基材之間通過復(fù)合或共擠形成[4]。中國石油化工股份有限公司專利CN201610932002保護了PMMA薄膜的制備配方，PMMA薄膜專用料以PMMA樹脂用量為100重量份計：PMMA樹脂100份，SAN樹脂10～50份，增韌劑2～45份，增容劑0.1～5份，潤滑劑0.2～4份，光穩(wěn)定劑0.2～5份，抗氧劑0.2～3份，顏料0.5～10份[5]。從專利角度可以看出，我國在PMMA薄膜制備領(lǐng)域還處于技術(shù)摸索階段。

5 結(jié)語

通過分析可知，在汽車內(nèi)飾IMD工藝中，未來INS工藝會因其高效、環(huán)保、美觀的裝飾效果成為研發(fā)與應(yīng)用的重點。耐候、耐沖擊性的INS用PMMA膜片、樹脂，國內(nèi)市場幾乎處于空白，國內(nèi)材料廠商在解決INS膜片裝飾效果的同時，還應(yīng)重點關(guān)注PMMA成膜、PMMA樹脂的制備技術(shù)，解決材料的源頭供應(yīng)問題才能徹底解決卡脖子問題。